Les pelouses calcicoles des Fonds de Leffe sont connues de longue date par les botanistes pour leur flore et leur végétation remarquables. On y rencontre notamment des groupements de fissures, des pelouses ouvertes à orpins et à annuelles, des fourrés de buis et de genévrier et différents types de pelouses sèches accueillant de nombreuses plantes rares.
Les fissures des rochers sont colonisées par une communauté de fougères dont Asplenium ruta-muraria, A. trichomanes et Ceterach officinarum.
Les escaliers rocheux et replats, au sol squelettique, sont occupés par des pelouses ouvertes à Sedum album, Sedum rupestre, Potentilla neumannianna, Arenaria serpyllifolia, Thlaspi perfoliatum, Erophila verna, Saxifraga tridactylites, etc.
Les pelouses croissant sur les sols rocailleux sont composées de Sesleria caerulea, Festuca lemanii, Brachypodium pinnatum, Sanguisorba minor, Teucrium chamaedrys, Teucrium botrys, Carex humilis, Seseli libanotis, Helianthemum apenninum, H. nummularium, Lactuca perennis, Scabiosa columbaria, Melica ciliata, Globularia bisnagarica, Dianthus carthusianorum, Thymus pulegioides, Hippocrepis comosa, Anthericum liliago, Allium sphaerocephalon, Asperula cynanchica, Cardaminopsis arenosa subsp. borbasii, Silene nutans ainsi que des lichens (Cladonia convoluta, C. pyxida, C. rangiformis, entre autres) et les mousses Camptothecium lutescens et Hypnum cupressiforme.
Sur les sols un peu plus profonds s'étendent des pelouses mésophiles dominées par Brachypodium pinnatum et abritant également plusieurs des espèces précitées de même que Origanum vulgare et deux orchidées rares, Orchis simia et Ophrys fuciflora.
Dans les ourlets préforestiers prennent place des espèces comme Vincetoxicum hirundinaria, Viola hirta, Teucrium scorodonia, Helleborus foetidus, Orchis mascula et le rare Geranium lucidum.
Les fourrés thermophiles, qui se développent particulièrement dans le haut du versant, sont très riches en arbustes comme Crataegus monogyna, Prunus spinosa, Rosa canina, R. rubiginosa, Viburnum lantana, Cornus mas, Rhamnus cathartica, Ligustrum vulgare, Juniperus communis, Buxus sempervirens et même Cytisus scoparius.
Les communautés de lichens saxicoles ont été étudiées récemment (ERTZ, 2001). Les pelouses du Xerobromion renferment en particulier Fulgensia fulgens, caractéristique de l'association du Fulgensietum fulgensis. Il existe également une flore lichénique malacophile particulière, qui se développe sur les vieilles coquilles de gastéropodes, avec par exemple Catillaria lenticularis, Placynthium nigrum, Rinodina bischoffii, ...
Les Fonds de Leffe abrite de nombreuses espèces végétales protégées, rares ou même exceptionnelles en Belgique. Citons par exemple l'orchis singe (Orchis simia), l'orpin de Bologne (Sedum sexangulare), l'ail à tête ronde (Allium sphaerocephalon), l'oeillet des chartreux (Dianthus carthusianorum), l'armoise blanche (Artemisia alba), le géranium luisant (Geranium lucidum), l'hélianthème des Apennins (Helianthemum apenninum), le rosier pimprenelle (Rosa spinosissima) ou encore l'orpin rougeâtre (Sedum rubens) qui n'a cependant plus été observé ces dernières années. L'armoise blanche trouve ici sa dernière localité wallonne, la population étant surtout localisée dans la partie amont du vallon, au niveau du Val de Chession.
L'intérêt faunistique des Fonds de Leffe est également exceptionnel. Le site abrite une forte population du lézard des murailles (Podarcis muralis), ainsi que plusieurs autres espèces de reptiles. L'entomofaune est très diversifiée et comprend diverses espèces remarquables.
Citons par exemple les Hémiptères Rhynocoris erythropus, Phymata crassipes, Lygaeus equestris, Ortholomus punctipennis et Bathysolen nubilus, Reptalus panzeri, Zyginidia mocsaryi, Arocephalus languidus; les Orthoptères Platycleis albopunctata, Oedipoda caerulescens et Chorthippus vagans; les Diptères Dioctria longicornis et Merodon rufus, les Hyménoptères aculéates Chrysis cuprea et son hôte Osmia rufohirta qui nidifie dans les coquilles du gastéropode Helicella itala.
Un inventaire partiel des Hyménoptères Symphytes en juin 2006 a permis de noter une série d'espèces intéressantes: Sterictiphora angelicae, Allantus didymus, Hinatara recta, Monophadnus spinolae, Macrophya annulata (BOEVE et al., 2009).
Les gastéropodes sont très bien représentés dans les différents milieux. Signalons entre autre Abida secale, Pyramidula pusilla, Truncatellina cylindrica, Pupilla sterri et Chondrina avenacea, toutes espèces très localisées en Belgique.